ラットにおけるモノヨードアセテートの関節内注射により誘発される変形性関節症疼痛モデル
Summary
本研究では、ラットにおけるモノヨード酢酸の関節内注射法について述べ、結果として生じる疼痛関連行動および組織病理学的変化について議論し、将来の応用の参考となる。
Abstract
変形性関節症(OA)の現在の動物モデルは、自発モデルと誘発モデルに分けることができ、どちらもヒトOAの病態生理学的変化をシミュレートすることを目的としています。しかし、OA後期の主な症状として、痛みは患者の日常生活に影響を与え、利用可能なモデルは多くありません。モノヨードアセテート(MIA)誘発モデルは、最も広く使用されているOA疼痛モデルであり、主にげっ歯類で使用されます。MIAはグリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼの阻害剤であり、軟骨細胞死、軟骨変性、骨棘、および動物の行動の測定可能な変化を引き起こします。さらに、マトリックスメタロプロテイナーゼ(MMP)および炎症誘発性サイトカイン(IL1 βおよびTNF α)の発現変化は、MIA誘発モデルで検出できます。これらの変化は、ヒトにおけるOA病態生理学的状態と一致しており、MIAが測定可能で成功したOA疼痛モデルを誘発し得ることを示している。この研究は、ラットにおけるMIAの関節内注射の方法論を説明し、結果として生じる痛みに関連する行動と組織病理学的変化について議論することを目的としています。
Introduction
変形性関節症(OA)は世界で最も一般的な関節疾患であり、成人の推定10〜12%の人口に影響を及ぼします1。最も一般的に関与する関節は膝であり、OAは高齢者、特に女性の発生率が高くなっています2。慢性疾患として、OAは数十年にわたって徐々に進行し、軟骨喪失、滑膜炎症、骨植物症、機能低下、慢性疼痛などの症状を伴う関節不全に発展します3。世界保健機関(WHO)によると、OAは女性で4番目に蔓延している病気であり、男性で8番目に蔓延している病気です。2020年までに、OAはヒトで4番目に障害のある病気になる可能性があります4。しかし、現在利用可能なOA療法は症状のみに対処し、関節置換術までの時間を延長します5。
ヒト患者の自発的OAは、関節関連疼痛などの臨床症状を引き起こすのに長い時間がかかることが多い6。OAの初期段階では、痛みは通常断続的であり、病気が進行するにつれてより頻繁かつ重篤になり、患者の主な不満になります7。そのため、疼痛緩和療法を促進するために、過去半世紀にわたってOA疼痛の広範な動物モデルが開発されてきました。OAモデルは、古典的に自発モデルと誘発モデルに分けられてきた。自発的モデルには、自然発生モデルと遺伝子組み換えモデルが含まれ、ヒトの一次OAの経過をより厳密にシミュレートできます8。誘発モデルは、一般に2つのカテゴリーに分けることができる:1)手術または他の外傷によって誘発される心的外傷後OA;または2)軟骨毒性または炎症誘発性物質の関節内注射3。これらのモデルはOAの病態生理学的研究の基礎を築き、疼痛軽減や機能向上のための薬剤開発に大きく貢献しています。
最近、OAモデリングに最も広く使用されている誘導物質はモノヨードアセテート(MIA)です。グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼの阻害剤であるMIAは、軟骨基質の変化、分解、軟骨の喪失、滑膜炎、およびヒト変形性関節症の病理学的変化と同様のその他の変化を引き起こす可能性があります9。MIAの関節内注射は、MIA投与後28日目に継続的な疼痛を誘発したことが注目されており、MIAモデルが慢性侵害受容性疼痛の調査に有用である可能性があることを示している10、11、12。この研究では、雄のSprague-Dawleyラットは、膝関節に0.5、1.5、または3 mgのMIAを含む関節内注射を受けました。MIA誘発性関節痛の重症度は、注射後1、7、14、21、28、および35日目の機械的および熱的感受性の評価によって測定されました。これに基づいて、注射後28日目の歩行パターンと組織学的変化を評価するための最終濃度として1.5 mgのMIAが選択されました。
Protocol
Representative Results
Discussion
MIAによって誘発されるOAのラットモデルは、十分に確立され、広く使用されているモデルです。MIAの関節内注射は、最初に重度で急性の炎症を引き起こし、OA17,18のより長く変性段階を引き起こします。本研究では、MWTとTWLによる侵害受容感度を測定し、イメージングシステムで歩行変化を評価しました。以前の報告では、MIAの注射が求心性膝関節?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、中国浙江省自然科学財団(助成金番号:LY17H270016)、中国国家自然科学財団(助成金番号:81774331、81873049、および81673997)、および浙江省中国伝統中国医学科学技術プロジェクト(助成金番号:2013ZQ007および2016ZZ011)から資金提供を受けました。
Materials
| Anti-Collagen II antibody | Abcam(UK) | 34712 | Primary antibody for immunohistochemistry (IHC) |
| Anti-Collagen X (Col10) antibody | Abcam(UK) | 49945 | Primary antibody for IHC |
| DigiGait Imaging System | Mouse Specifics (Boston, MA, USA) | Equipment for gait patterns analyses | |
| Eosin | Sigma-Aldrich | 861006 | The dye for HE staining |
| Fast Green FCF | Sigma-Aldrich | F7252 | The dye for SO staining |
| Goat anti-mouse antibody | ZSGQ-BIO (Beijing, China) | PV-9002 | Secondary antibody for IHC |
| Goat anti-rabbit antibody | ZSGQ-BIO (Beijing, China) | PV-9001 | Secondary antibody for IHC |
| Hematoxylin | Sigma-Aldrich | H3163 | The dye for HE staining |
| MIA | Sigma-Aldrich | I4386-10G | powder |
| MMP13 | Cell Signaling Technology, Inc. (Danvers, MA, USA) | 69926 | Primary antibody for IHC |
| Modular tissue embedding center | Thermo Fisher Scientific (USA) | EC 350 | Produce paraffin blocks. |
| Plantar Test apparatus | UgoBasile (Italy) | 37370 | Equipment for TWL assay |
| PrimeScript RT reagent Kit (Perfect Real Time) | TaKaRa Biotechnology Co. Ltd. (Dalian, China) | RR037A | Extracte total RNA from cultured cells |
| Rotary and Sliding Microtomes | Thermo Fisher Scientific (USA) | HM325 | Precise paraffin sections. |
| Safranin-O | Sigma-Aldrich | S2255 | The dye for SO staining |
| Tissue-Tek VIP 5 Jr | Sakura (Japan) | Vacuum Infiltration Processor |
Referências
- Hunter, D. J., Schofield, D., Callander, E. The individual and socioeconomic impact of osteoarthritis. Nature Reviews Rheumatology. 10 (7), 437-441 (2014).
- Neogi, T. The epidemiology and impact of pain in osteoarthritis. Osteoarthritis and Cartilage. 21 (9), 1145-1153 (2013).
- Teeple, E., Jay, G. D., Elsaid, K. A., Fleming, B. C. Animal models of osteoarthritis: challenges of model selection and analysis. AAPS Journal. 15 (2), 438-446 (2013).
- Woolf, A. D., Pfleger, B. Burden of major musculoskeletal conditions. Bulletin of the World Health Organization. 81 (9), 646-656 (2003).
- Bijlsma, J. W., Berenbaum, F., Lafeber, F. P. Osteoarthritis: an update with relevance for clinical practice. Lancet. 377 (9783), 2115-2126 (2011).
- McCoy, A. M. Animal Models of Osteoarthritis: Comparisons and Key Considerations. Veterinary Pathology. 52 (5), 803-818 (2015).
- O’Neill, T. W., Felson, D. T. Mechanisms of Osteoarthritis (OA) Pain. Current Osteoporosis Reports. 16 (5), 611-616 (2018).
- Kuyinu, E. L., Narayanan, G., Nair, L. S., Laurencin, C. T. Animal models of osteoarthritis: classification, update, and measurement of outcomes. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 11, 19 (2016).
- Takahashi, I., Matsuzaki, T., Hoso, M. Long-term histopathological developments in knee-joint components in a rat model of osteoarthritis induced by monosodium iodoacetate. Journal of Physical Therapy Science. 29 (4), 590-597 (2017).
- Liu, P., et al. Ongoing pain in the MIA model of osteoarthritis. Neuroscience Letters. 493 (3), 72-75 (2011).
- Combe, R., Bramwell, S., Field, M. J. The monosodium iodoacetate model of osteoarthritis: a model of chronic nociceptive pain in rats. Neuroscience Letters. 370 (2-3), 236-240 (2004).
- Pomonis, J. D., et al. Development and pharmacological characterization of a rat model of osteoarthritis pain. Pain. 114 (3), 339-346 (2005).
- Chaplan, S. R., Bach, F. W., Pogrel, J. W., Chung, J. M., Yaksh, T. L. Quantitative assessment of tactile allodynia in the rat paw. Journal of Neuroscience Methods. 53 (1), 55-63 (1994).
- Mankin, H. J., Dorfman, H., Lippiello, L., Zarins, A. Biochemical and metabolic abnormalities in articular cartilage from osteo-arthritic human hips. II. Correlation of morphology with biochemical and metabolic data. Journal of Bone and Joint Surgery. 53 (3), 523-537 (1971).
- Yan, L., et al. Chondroprotective effects of platelet lysate towards monoiodoacetate-induced arthritis by suppression of TNF-α-induced activation of NF-ĸB pathway in chondrocytes. Aging. 11 (9), 2797-2811 (2019).
- Yan, B., et al. Intra-Articular Injection of Extract Attenuates Pain Behavior and Cartilage Degeneration in Mono-Iodoacetate Induced Osteoarthritic Rats. Frontiers in Pharmacology. 9, 1360 (2018).
- Wang, C., et al. Agkistrodon ameliorates pain response and prevents cartilage degradation in monosodium iodoacetate-induced osteoarthritic rats by inhibiting chondrocyte hypertrophy and apoptosis. Journal of Ethnopharmacology. 231, 545-554 (2019).
- Yamada, E. F., et al. Evaluation of monosodium iodoacetate dosage to induce knee osteoarthritis: Relation with oxidative stress and pain. International Journal of Rheumatic Diseases. 22 (3), 399-410 (2019).
- Schuelert, N., McDougall, J. J. Electrophysiological evidence that the vasoactive intestinal peptide receptor antagonist VIP6-28 reduces nociception in an animal model of osteoarthritis. Osteoarthritis and Cartilage. 14 (11), 1155-1162 (2006).
- Lee, S. E. Choline, an alpha7 nicotinic acetylcholine receptor agonist, alleviates hyperalgesia in a rat osteoarthritis model. Neuroscience Letters. 548, 291-295 (2013).
- Piesla, M. J., et al. Abnormal gait, due to inflammation but not nerve injury, reflects enhanced nociception in preclinical pain models. Brain Research. 1295, 89-98 (2009).
- Udo, M., et al. Monoiodoacetic acid induces arthritis and synovitis in rats in a dose- and time-dependent manner: proposed model-specific scoring systems. Osteoarthritis and Cartilage. 24 (7), 1284-1291 (2016).
- Guingamp, C., et al. Mono-iodoacetate-induced experimental osteoarthritis: a dose-response study of loss of mobility, morphology, and biochemistry. Arthritis & Rheumatism. 40 (9), 1670-1679 (1997).
- Jeong, J. H., et al. Eupatilin Exerts Antinociceptive and Chondroprotective Properties in a Rat Model of Osteoarthritis by Downregulating Oxidative Damage and Catabolic Activity in Chondrocytes. PLoS ONE. 10 (6), 0130882 (2015).
- Cook, J. L., et al. Animal models of cartilage repair. Bone & Joint Research. 3 (4), 89-94 (2014).
- Little, C. B., Zaki, S. What constitutes an “animal model of osteoarthritis”–the need for consensus. Osteoarthritis and Cartilage. 20 (4), 261-267 (2012).
